気液接触装置及びＣＯ２回収装置
【課題】塔内にほぼ均一に液体を分散させ、かつ、塔内の壁面に当たる液体の液量を減少させることにより、塔内に供給される気体と液体とを効率良く接触させることができると共に、コストを低減することができる気液接触装置及びＣＯ2回収装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る気液接触装置は、ＣＯ2吸収塔内に設けられ、排ガスが上昇して通過するＣＯ2吸収塔内にＣＯ2吸収液を下向きに噴霧させ、上昇する排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させる複数の噴霧ノズル２２Ａを有する。噴霧ノズル２２Ａは、ＣＯ2吸収塔内に壁面専用ノズル２６より内側に設けられる液分散ノズル２５と、ＣＯ2吸収塔内の壁面２７に沿って設けられる壁面専用ノズル２６とからなる。
【解決手段】本実施形態に係る気液接触装置は、ＣＯ2吸収塔内に設けられ、排ガスが上昇して通過するＣＯ2吸収塔内にＣＯ2吸収液を下向きに噴霧させ、上昇する排ガスとＣＯ2吸収液とを接触させる複数の噴霧ノズル２２Ａを有する。噴霧ノズル２２Ａは、ＣＯ2吸収塔内に壁面専用ノズル２６より内側に設けられる液分散ノズル２５と、ＣＯ2吸収塔内の壁面２７に沿って設けられる壁面専用ノズル２６とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液接触によって吸収や蒸留などを行う充填塔に処理液を供給する気液接触装置であり、特に排ガス中のＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収塔などの気液接触装置及びＣＯ2回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気液接触によって気体中に含まれる成分を液体中に吸収して吸収処理を行う充填槽を備える充填塔では、液体を塔内に均一に分散して供給することが重要である。この分散が、充填物の性能、即ち充填塔の処理性能に大きな影響を与えるため、液体を均一かつ高密度に分散させ、気体と接触させることは極めて重要である。
【０００３】
例えば、大量の化石燃料を使用する火力発電所などでは、ボイラにおいて化石燃料を燃焼させることで発生する排ガスを、ＣＯ2吸収塔内でアミン系のＣＯ2吸収液と気液接触させてＣＯ2吸収液中にＣＯ2を吸収させることで、排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。ＣＯ2吸収液は排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収塔で吸収し、排ガスからＣＯ2を除去した後、再生塔でＣＯ2吸収液に吸収されたＣＯ2を放散してＣＯ2吸収液を再生して再びＣＯ2吸収塔に循環して再利用する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ＣＯ2吸収塔のように気体である排ガスと液体であるＣＯ2吸収液とを接触させるガス吸収塔では、ガス吸収塔内での気体と液体との気液接触効率がガス吸収塔における気体の処理性能に大きく影響するため、ガス吸収塔内で液体を噴霧する際、気体と効率良く接触させる必要がある。ガス吸収塔内では、塔内の上方から液体を噴霧する液分散器が用いられ、ガス吸収塔内で液体を分散させる方法として、例えば、スプレー式液分散器（例えば、特許文献２、３参照）やトラフ式液分散器（例えば、非特許文献１参照）や、液体を互いに異なる量ずつ分配するチャンネル型液分散器やエレメント型液分散器やチューブラー型液分散器などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６２１６５号公報
【特許文献２】特開２００１−９２３７号公報
【特許文献３】特許第２５０６３５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】恩田格三郎監修、「設計・操作シリーズＮｏ.２ 増補 ガス吸収」、化学工業社、平成１３年１月３０日、ｐ．１３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガス吸収塔内にスプレー式液分散器を使用する場合、ガス吸収塔内に複数のノズルを設け、液体の噴霧領域を重ね合わせてガス吸収塔内に液体を均一に分散させるようにしている。
【０００８】
しかしながら、塔内に供給される液体の分布はガス吸収塔の壁面近傍の方がガス吸収塔の内部に比べて低くなるため、塔内の壁面近傍では液体が気体に含まれる成分を吸収する吸収性能が低下する、という問題がある。
【０００９】
特に、ガス吸収塔がＣＯ2吸収塔の場合、排ガス中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収させる際、ＣＯ2吸収塔の壁面近傍では塔内部よりＣＯ2吸収液の供給量が低いためＣＯ2吸収塔の壁面近傍に噴霧されるＣＯ2吸収液がＣＯ2を吸収するガス吸収性能が低下する。また、ＣＯ2吸収塔の壁面に噴霧されるＣＯ2吸収液の液量が多いと、ＣＯ2吸収塔に供給されるＣＯ2吸収液量当たりのＣＯ2の吸収量が低下する。排ガス中に含まれるＣＯ2を吸収しなかったＣＯ2吸収液が再生塔に供給されると、ＣＯ2吸収液に含まれるアミンを無駄に消費し、ＣＯ2吸収液が効率良く利用されない上、再生塔でＣＯ2吸収液に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチーム量が増大することになるため、ＣＯ2回収装置の運転効率が低下する。
【００１０】
また、ガス吸収塔内にスプレー式液分散器を使用する場合、運転負荷に応じて流量を変化させることが可能であるが、流量は噴霧圧力に比例するため、低流量域から高流量域まで対応するためには、高流量域でのスプレーの噴霧圧力を高くする必要があり、スプレーの噴霧圧力が高いとミストの飛散量が増加する、という問題がある。特に、ガス吸収塔がＣＯ2吸収塔の場合、排ガス中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収させる際、ＣＯ２が回収された排ガスにＣＯ2吸収液が同伴するため，ＣＯ2回収装置の運転効率が低下する。
【００１１】
また、ガス吸収塔内にトラフ式液分散器を使用する場合、ガス処理量に応じた負荷運転を行なうためには，分散器の高さを高くする必要がある。そのため，分散器の材料費や製造費やガス吸収塔内への据付費用が高くなり、設備コストが増大する、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、塔内にほぼ均一に液体を分散させ、かつ、塔内の壁面に噴霧される液体の液量を減少させることにより、塔内に供給される気体と液体とを効率良く接触させることができると共に、コストを低減することができる気液接触装置及びＣＯ2回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、気体が上昇して通過する接触処理塔内に液体を下向きに噴霧させ、前記上昇する気体と前記液体とを接触させる気液接触装置であり、前記接触処理塔内の壁面に沿って設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する壁面専用ノズルと、前記接触処理塔内に前記壁面専用ノズルより内側に設けられ、前記接触処理塔内に前記液体を均一に噴霧する液分散ノズルとを含むことを特徴とする気液接触装置にある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向の断面形状が角型である気液接触装置にある。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、前記接触処理塔の断面の角部に設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する角部専用ノズルを含む気液接触装置にある。
【００１６】
第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記液分散ノズル及び壁面専用ノズルが、前記気体の流量に応じて使い分ける２種類以上のノズルを含む気液接触装置にある。
【００１７】
第５の発明は、第４の発明において、前記液分散ノズルが、高負荷用液分散ノズルと低負荷用液分散ノズルとからなると共に、前記壁面専用ノズルが、高負荷用壁面専用ノズルと低負荷用壁面専用ノズルとからなり、前記気体の流量が所定の閾値以上の場合、前記高負荷用液分散ノズル及び前記高負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧し、前記気体の流量が所定の閾値よりも小さい場合、前記低負荷用液分散ノズル及び前記低負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧する気液接触装置にある。
【００１８】
第６の発明は、第４又は５の発明において、前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルが交互に設けられる気液接触装置にある。
【００１９】
第７の発明は、第６の発明において、前記接触処理塔における前記気体の流れ方向に前記異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルの配置位置を異ならせて交互に配設される気液接触装置にある。
【００２０】
第８の発明は、第１乃至７の何れか１つの発明の気液接触装置の前記接触処理塔からなり、ＣＯ2を含む排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する再生塔と、を含むことを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る気液接触装置によれば、塔内にほぼ均一に液体を分散させ、かつ、塔内の壁面に噴霧される液体の液量を減少させることにより、塔内に供給される気体と液体とを効率良く接触させることができると共に、コストを低減することができる。
【００２２】
これにより、ガス吸収塔がＣＯ2吸収塔の場合、排ガス中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収させる際、ＣＯ2吸収塔の壁面近傍までＣＯ2吸収液の供給量をほぼ均一にすることができるため、ＣＯ2吸収液がＣＯ2を吸収する吸収性能を向上させることができる。また、ＣＯ2吸収塔の壁面に噴霧されるＣＯ2吸収液の液量を軽減できるため、ＣＯ2吸収塔に供給されるＣＯ2吸収液量当たりのＣＯ2の吸収量を上昇させることができる。
【００２３】
排ガス中に含まれるＣＯ2を吸収しなかったＣＯ2吸収液が再生塔に供給されるのを軽減することで、ＣＯ2吸収液に含まれるアミンを無駄に消費することなく、ＣＯ2吸収液を効率良く利用することができると共に、再生塔でＣＯ2吸収液に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置の運転効率を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る気液接触装置を備えたＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、噴霧ノズルの配置を簡略に示す図である。
【図３】図３は、噴霧ノズルから噴霧されるＣＯ2吸収液の噴霧状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は、壁面専用ノズルの断面形状を簡略に示す図である。
【図５】図５は、図４中のＡ−Ａ方向の図である。
【図６】図６は、ＣＯ2吸収塔の断面における図２中のＡ−Ａ方向のＣＯ2吸収液の水量の分布を模式的に示す図である。
【図７】図７は、噴霧ノズルの配置の他の構成を簡略に示す図である。
【図８】図８は、角部専用ノズル３１の断面形状を簡略に示す図である。
【図９】図９は、図８中のＡ−Ａ方向の図である。
【図１０】図１０は、噴霧ノズルの配置の他の構成を簡略に示す図である。
【図１１】図１１は、噴霧ノズルの配置の他の構成を簡略に示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。
【図１３】図１３は、流量と噴霧圧力との関係の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２６】
［第１の実施形態］
本発明による第１の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る気液接触装置を備えたＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。図１に示すように、ＣＯ2回収装置１０は、ＣＯ2を含有する排ガス１１を水１２によって冷却する冷却塔１３と、冷却された排ガス１１とＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１４とを接触させて排ガス１１からＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔１５と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（リッチ溶液）１６からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液１４を再生する再生塔１７とを有する。
【００２７】
ＣＯ2回収装置１０では、ＣＯ2吸収液１４はＣＯ2吸収塔１５と再生塔１７との間を循環しており、ＣＯ2吸収塔１５から再生塔１７にはＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（リッチ溶液）１６が送給され、再生塔１７からＣＯ2吸収塔１５にはリッチ溶液１６から再生塔１７でほぼ全てのＣＯ2が除去され再生されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１４が送給されている。
【００２８】
ボイラやガスタービン等の産業設備から排出されたＣＯ2を含有する排ガス１１は、排ガス送風機などにより昇圧された後、冷却塔１３に送られ、冷却塔１３内で水１２と向流接触することにより冷却される。排ガス１１と熱交換して高温となった水１２は冷却塔１３の底部から抜き出され、冷却水１８により冷却され、排ガス１１の冷却用として循環して使用される。冷却された排ガス１１は冷却塔１３とＣＯ2吸収塔１５とを連結する煙道１９より冷却塔１３から排出される。冷却塔１３から排出される排ガス１１は煙道１９を通り、ＣＯ2吸収塔１５の塔底部の側壁に設けられる供給口２０からＣＯ2吸収塔１５に送られる。
【００２９】
ＣＯ2吸収塔１５は、排ガス１１が上昇して通過するＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を下向きに噴霧させ、上昇する排ガス１１とＣＯ2吸収液１４とを接触させる気液接触装置２１Ａを有する。気液接触装置２１Ａは、ＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５内に噴霧する噴霧ノズル２２Ａと、ＣＯ2吸収液１４を各々の噴霧ノズル２２Ａに供給する吸収液供給管２３を有する。
【００３０】
ＣＯ2吸収塔１５において、排ガス１１はＣＯ2吸収塔１５の下部側に設けられたＣＯ2回収部２４において、例えば塩基性アミン化合物をベースとするＣＯ2吸収液１４と対向流接触し、排ガス１１中のＣＯ2は、ＣＯ2吸収液１４に吸収される。
【００３１】
図２は、噴霧ノズル２２Ａの配置を簡略に示す図であり、図３は、噴霧ノズル２２Ａから噴霧されるＣＯ2吸収液１４の噴霧状態を模式的に示す図である。図２、３に示すように、ＣＯ2吸収塔１５は、排ガス１１の流れ方向に対する断面形状を角型としている。これにより、ノズルの配置を変更することなく、一方向へ広げて液供給パイプの本数を増やすことで、処理ガス量を増加させることができ、スケールアップを容易に図ることができる。
【００３２】
噴霧ノズル２２Ａは、液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６とからなる。液分散ノズル２５は、ＣＯ2吸収塔１５内に壁面専用ノズル２６より内側に設けられている。壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収塔１５内の壁面２７の近傍に沿って設けられている。壁面２７の近傍とは、壁面２７に接することなく、壁面専用ノズル２６と壁面２７とが所定の間隔を有した状態をいう。液分散ノズル２５は、ＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を四型形状にほぼ均一に噴霧している（図２、３中、第１の噴霧領域Ａ）。また、液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の第１の噴霧領域Ａは、隣接する他の液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の第１の噴霧領域Ａの一部と重なるようにしている。液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量は、液分散ノズル２５から遠くなるほど小さくなるが、液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量が小さくなる領域は、隣接する他の液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４と重なるようにすることで、ＣＯ2吸収塔１５内におけるＣＯ2吸収液１４の水量をほぼ均一に保つようにしている。また、液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の第１の噴霧領域Ａの形状は四型形状に限定されるものではなく、円形、楕円形状など他の形状となるようにしてもよい。
【００３３】
また、壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５の内側に向かって噴霧している。図４は、壁面専用ノズル２６の断面形状を簡略に示す図であり、図５は、図４中のＡ−Ａ方向の図である。図４、５に示すように、壁面専用ノズル２６は、ノズル本体２８と、遮蔽板２９とを有する。遮蔽板２９は、ノズル本体２８と一体にＣＯ2吸収塔１５の壁面２７側に延設されている。このため、壁面専用ノズル２６のノズル孔３０から噴霧されるＣＯ2吸収液１４は遮蔽板２９に衝突し、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７側に噴霧されるのを抑制しつつ、ＣＯ2吸収塔１５の内側に噴霧される（図２、３中、第２の噴霧領域Ｂ）。
【００３４】
従来、ＣＯ2吸収塔１５の内部ではスプレーから噴霧されるＣＯ2吸収液１４の重なる領域が多かったため、ＣＯ2吸収塔１５の壁面近傍では塔内部よりＣＯ2吸収液１４の供給量が低かった。そのため、排ガス１１中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液１４に吸収させる際、ＣＯ2吸収塔１５の壁面近傍に噴霧されるＣＯ2吸収液１４がＣＯ2を吸収するガス吸収性能は低下していた。また、ＣＯ2吸収塔１５の壁面に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量が多いと、ＣＯ2吸収塔１５に供給されるＣＯ2吸収液１４の液量当たりのＣＯ2の吸収量が低下し、ＣＯ2吸収液１４が効率良く利用されなかった。これに対し、本実施形態では、図２、３に示すように、ＣＯ2吸収塔１５内に液分散ノズル２５を設けることによりＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４をほぼ均一に噴霧させることができ、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に沿って壁面専用ノズル２６を設けることによりＣＯ2吸収塔１５の壁面２７にＣＯ2吸収液１４が接触するのを抑制することができる。このため、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７近傍までＣＯ2吸収塔１５内に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量をほぼ均一にして分散させることができる。
【００３５】
図６は、ＣＯ2吸収塔１５の断面における図２中のＡ−Ａ方向のＣＯ2吸収液１４の水量の分布を模式的に示す図である。図６に示すように、ＣＯ2吸収塔１５の内部では、水量密度は９０％以上１１０％以下の範囲にあり、水量密度は１００％の前後１０％の分布の範囲内に保つことができ、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７においても水量密度は９０％程度に保つことができる。ＣＯ2吸収塔１５内に供給されるＣＯ2吸収液１４の水量は、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の近傍までほぼ均一にすることができる。このため、排ガス１１がＣＯ2吸収液１４と接触することなくＣＯ2吸収塔１５を通過するのを抑制することができる。また、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に噴霧されるＣＯ2吸収塔１５の液量が低減されるので、排ガス１１中のＣＯ2を吸収せず、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されるＣＯ2吸収液１４の液量を減少することができる。
【００３６】
従って、ＣＯ2吸収塔１５内に液分散ノズル２５を設けることでＣＯ2吸収塔１５内にはＣＯ2吸収液１４をほぼ均一に分散させることができると共に、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に沿って壁面専用ノズル２６を設けることでＣＯ2吸収塔１５の壁面２７にＣＯ2吸収液１４が接触するのを抑制することができる。このため、ＣＯ2回収装置１０のサイズなどに影響されることなくＣＯ2吸収塔１５の壁面２７近傍までＣＯ2吸収塔１５内に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量をほぼ均一にして分散させることができる。
【００３７】
また、液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６には、吸収液供給管２３を介してＣＯ2吸収液１４を供給するようにしているため、トラフ式液分散器などを使用する場合に比べて、分散器の材料費や製造費やＣＯ2吸収塔１５内への据付費用などは低くなるため、気液接触装置の設備コストを軽減することができる。
【００３８】
液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６との各々のノズル孔同士の間隔は、各々のノズル孔の大きさや各々のノズル孔から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の流量・噴霧範囲などにより相対的に異なる。液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６との各々のノズル孔同士の間隔は、例えば噴霧時に液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６とから噴霧されるＣＯ2吸収液１４同士で干渉が発生し、ＣＯ2吸収塔１５内に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量にムラが生じないようにすればよい。
【００３９】
噴霧ノズル２２Ａは、液分散ノズル２５と、壁面専用ノズル２６とからなるものを用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、噴霧ノズル２２Ａは、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の角部に角部専用ノズル３１を設けるようにしてもよい。図８は、角部専用ノズル３１の断面形状を簡略に示す図であり、図９は、図８中のＡ−Ａ方向の図である。図８、９に示すように、角部専用ノズル３１は、ノズル本体３２と、ノズル本体３２の長手方向における断面形状がＬ字型のＬ字型遮蔽板３３とを有する。Ｌ字型遮蔽板３３はノズル本体３２と一体にＣＯ2吸収塔１５の壁面２７側に延設されている。このため、角部専用ノズル３１のノズル孔３４から噴霧されるＣＯ2吸収液１４はＬ字型遮蔽板３３の両面に衝突し、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の角部側に噴霧されるのを抑制しつつ、ＣＯ2吸収塔１５の内側に噴霧される（図７中、第３の噴霧領域Ｃ）。よって、角部専用ノズル３１はＣＯ2吸収塔１５の内側にＣＯ2吸収液１４を噴霧するため、ＣＯ2吸収塔１５の断面の角部に角部専用ノズル３１から噴霧されるＣＯ2吸収液１４が分散するのを抑制することができる。このため、壁面２７の近傍までＣＯ2吸収液１４を均一に分散させつつ、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に接触するＣＯ2吸収塔１５の液量を更に低減することができる。よって、排ガス１１中のＣＯ2を吸収せず、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されるＣＯ2吸収液１４の液量を更に減少することができる。
【００４０】
壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収塔１５の短辺側と長辺側の壁面２７の近傍に同一のノズルを設けているが、本実施形態は、これに限定されるものではない。図１０、１１は、噴霧ノズル２２Ａの配置の他の構成を簡略に示す図である。図１０、１１に示すように、壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収塔１５の短辺側の壁面２７近傍に設けられる短辺側壁面専用ノズル２６ａと、長辺側の壁面２７近傍に設けられる長辺側壁面専用ノズル２６ｂとして各々異なる種類のノズルを設けるようにしてもよい。これにより、ＣＯ2吸収塔１５の短辺側と長辺側とに各々任意の割合としてＣＯ2吸収液１４を噴霧することができる。
【００４１】
ＣＯ2吸収塔１５に、本実施形態に係る気液接触装置２１Ａを適用した場合のＣＯ2回収率の結果を表１に示す。表１に示すように、壁面専用ノズル２６を配置せずに壁面に噴霧される液量を減少させた場合のＣＯ2吸収率を基準値（１．０）とした場合、壁面専用ノズル２６を配置することにより、ＣＯ2吸収率は約１．１となる。よって、本実施形態に係る気液接触装置２１ＡをＣＯ2吸収塔１５に適用することによりＣＯ2吸収率は大きくなるため、ＣＯ2吸収塔１５と再生塔１７を循環するＣＯ2吸収液１４の液量は少なくなり、再生塔１７でＣＯ2吸収液１４に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチーム量を減少することができる。
【００４２】
【表１】
【００４３】
ＣＯ2吸収塔１５は、排ガス１１の流れ方向に対する断面形状を角型としているが、ＣＯ2吸収塔１５の断面形状はこれに限定されるものではなく、円形や楕円形などにしてもよい。
【００４４】
また、それぞれのノズルの噴霧圧力は０．２ＭＰａ以下とし，好ましくは０．１５ＭＰａ以下、更に好ましくは０．１ＭＰａ以下とする。ノズル噴霧圧力を低くすることで，ポンプ消費動力を下げることができるとともに，ミスト飛散量を抑えることができる。
【００４５】
また、ＣＯ2吸収塔１５は、ＣＯ2回収部２４の上部側に水洗部４２及びデミスタ４３を有している。ＣＯ2が除去されたＣＯ2除去排ガス４１は、水洗部４２及びデミスタ４３にてＣＯ2除去排ガス４１に同伴されたＣＯ2吸収液１４が除去された後、塔頂部から系外へ放出される。また、ＣＯ2回収部２４において排ガス１１中のＣＯ2を吸収したリッチ溶液１６は、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留される。ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されたリッチ溶液１６は、吸収塔１５の塔底部から外部に設けられたリッチ溶液排出ポンプ４４により圧送され、リッチ・リーン溶液熱交換器４５において再生塔１７で再生されたＣＯ2吸収液１４と熱交換された後、再生塔１７の塔頂部から塔内に供給される。
【００４６】
再生塔１７は、リッチ溶液１６からＣＯ２を放出してリーン溶液１４として再生する。再生塔１７の塔頂部から再生塔１７の塔内に放出されたリッチ溶液１６は、吸熱により、大部分のＣＯ2を放出し、再生塔１７の塔底部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2が除去されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１４となる。再生塔１７の底部に貯留されるリーン溶液１４はＣＯ2吸収液として、リーンソルベントポンプ４６により送給され、リーンソルベントクーラ４７で冷却水４８と熱交換して冷却された後、ＣＯ2吸収塔１５に送給される。一方、再生塔１７の塔頂部からは水蒸気を伴ったＣＯ2ガス５１が放出される。水蒸気を伴ったＣＯ2ガス５１は再生塔１７の塔頂部から導出され、コンデンサ５２で冷却水５３によりＣＯ2ガス５１に含まれる水蒸気が凝縮され、分離ドラム５４にて水が分離された後、ＣＯ2ガス５５は系外に放出されて回収される。また、分離ドラム５４にて分離された水５６は凝縮水循環ポンプ５７にて再生塔１７の上部に供給される。
【００４７】
このように、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に用いたＣＯ2回収装置１０によれば、ＣＯ2吸収塔１５内の壁面２７の近傍に沿って壁面専用ノズル２６を設け、壁面専用ノズル２６より内側に液分散ノズル２５を設けている。ＣＯ2吸収液１４を液分散ノズル２５及び壁面専用ノズル２６からＣＯ2吸収塔１５内に噴霧した際、塔内の壁面２７に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量を減少させると共に、ＣＯ2吸収塔１５内には壁面２７近傍までＣＯ2吸収液１４をほぼ均一に分散させ、塔内に供給される排ガス１１とＣＯ2吸収液１４とを効率良く接触させることができる。このため、ＣＯ2吸収液１４がＣＯ2を吸収する吸収性能を向上させることができ、排ガス１１がＣＯ2吸収液１４と接触することなくＣＯ2吸収塔１５を通過するのを抑制することができ、かつ、設備コストを軽減することができる。また、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量を低減することができるため、ＣＯ2吸収塔１５に供給されるＣＯ2吸収液１４の液量当たりのＣＯ2の吸収量を上昇させることができる。これにより、排ガス１１中のＣＯ2を吸収せず、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されるＣＯ2吸収液１４が再生塔１７に供給されるのを軽減することで、ＣＯ2吸収液１４に含まれるアミンを無駄に消費することなく、ＣＯ2吸収液１４を効率良く利用することができる上、再生塔１７でＣＯ2吸収液１４に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置１０の運転効率を上昇させることができる。
【００４８】
従って、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に適用したＣＯ2回収装置１０は、ＣＯ2回収装置１０などの大きさに影響されることなく排ガス１１中のＣＯ2をＣＯ2吸収液１４中に効率良く安定して吸収することができる。
【００４９】
また、本実施形態に係る気液接触装置は、ＣＯ2回収装置１０のＣＯ2吸収塔１５に用いる場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、冷却塔１３などで用いるようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施形態に係る気液接触装置は、ＣＯ2回収装置１０に適用する場合に限定されるものではなく、例えば、排煙脱硫装置など液体を下向きに噴霧して気体と液体を接触させるために用いる噴霧ノズルを有する装置であれば好適に用いることができる。
【００５１】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様、第２の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔として用いている。本実施形態に係る気液接触装置を備えたＣＯ2回収装置の構成は、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様であるため、ＣＯ2回収装置の構成を示す図は省略し、ＣＯ2吸収塔の構成を示す図のみを用いて説明する。なお、図１のＣＯ2回収装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。図１２に示すように、本実施形態に係る気液接触装置２１Ｂの噴霧ノズル２２Ｂは、液分散ノズル２５及び壁面専用ノズル２６を、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に応じて使い分けられる２種類のノズルで構成している。この２種類のノズルは、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設けている。即ち、液分散ノズル２５は、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂとからなる。壁面専用ノズル２６は、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとからなる。高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとをＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設ける。また、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとをＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設ける。また、吸収液供給管２３ａは、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとにＣＯ2吸収液１４を供給し、吸収液供給管２３ｂは、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとにＣＯ2吸収液１４を供給する。
【００５３】
ＣＯ2吸収塔１５内に高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを設けると共に、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを設けることで、ＣＯ2吸収液１４を塔内の同一の高さから噴霧することができる。
【００５４】
気液接触装置２１Ｂは、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に応じて高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は低負荷用液分散ノズル２５Ｂを用い、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを用いる。これにより、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に応じてＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を適切な水量として供給することができる。
【００５５】
ＣＯ2回収装置１０の負荷運転は、ＣＯ2吸収塔１５内に供給される排ガス１１の流量を基準に判断することができる。排ガス１１の流量が所定の閾値以上の場合、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６ＡからＣＯ2吸収液１４を噴霧し、排ガス１１の流量が所定の閾値よりも小さい場合、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６ＢからＣＯ2吸収液１４を噴霧する。図１３は、流量と用いるノズルの噴霧圧力との関係の一例を示す図である。図１３中、所定の閾値は、５５％とする。図１３に示すように、排ガス１１の流量が所定の閾値（５５％）よりも小さい場合には、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを用い、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６ＢからＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を噴霧する。排ガス１１の流量が所定の閾値（５５％）以上の場合には、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを用い、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６ＡからＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を噴霧する。
【００５６】
高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを設け、所定の閾値を境に高負荷用分散ノズル２５Ａ又は低負荷用分散ノズル２５Ｂを使い分けることにより、全負荷条件において噴霧圧力を小さくすることができる共に、均一に液を分散させることができるため、排ガス１１とＣＯ2吸収液１４とが向流接触することで生じるＣＯ2吸収液１４のミストが飛散する量を低減することができる。更に、排ガス１１の流量に応じてＣＯ2吸収塔１５内に供給されるＣＯ2吸収液１４の噴霧圧力を小さくすることで、ＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５内に供給するのに要するリーンソルベントポンプ４８などポンプ動力を低減することができる。
【００５７】
図１３では、高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は低負荷用液分散ノズル２５Ｂと、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとを使い分ける排ガス１１の流量の所定の閾値を、排ガス１１の流量が５５％の時を基準とした。また、図１３では、排ガス１１の流量の閾値として５５％の場合について説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、ＣＯ2回収装置１０やＣＯ2吸収塔１５の大きさ、運転状況に応じて適宜変更するようにしてもよい。
【００５８】
従って、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に適用したＣＯ2回収装置によれば、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に対応させつつＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５内に供給することができるため、排ガス１１中のＣＯ2をＣＯ2吸収液１４中に更に効率良く安定して吸収することができる。
【００５９】
本実施形態では、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転をＣＯ2吸収塔１５内に供給される排ガス１１の流量に基づいて判断したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転は、ＣＯ2回収量や送風機の消費動力、ダンパの開度に基づいて判断するようにしてもよい。
【００６０】
本実施形態では、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び低負荷用液分散ノズル２５Ｂを、ＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、高負荷用液分散ノズル２５ＡをＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に連続して複数設けた後、低負荷用液分散ノズル２５Ｂを設けるようにしてもよい。
【００６１】
本実施形態では、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転が５５％の時には、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを用いてもよいし、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとの両方を用いるようにしてもよい。
【００６２】
本実施形態では、高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は低負荷用液分散ノズル２５Ｂと、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとの２種類を用いているが、噴霧ノズル２２Ｂはこれに限定されるものではなく、噴霧ノズル２２Ｂを高負荷用、低負荷用の他に中負荷用など３種類以上用いるようにしてもよい。
【００６３】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る気液接触装置は、第２の実施形態に係る気液接触装置と同様、上述の図１に示すＣＯ2回収装置のＣＯ2吸収塔に用いている。本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置の構成は、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様であるため、ＣＯ2回収装置の構成を示す図は省略し、ＣＯ2吸収塔の一部の構成を示す図のみを用いて説明する。なお、図１のＣＯ2回収装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００６４】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。図１４に示すように、本実施形態に係る気液接触装置２１Ｃの噴霧ノズル２２Ｃは、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂとを、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けると共に、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとを、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の近傍に排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けてなるものである。高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂとは、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に各々のノズルの配置位置を異ならせて交互に設けられる。また、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとについても、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に各々のノズルの配置位置を異ならせて交互に設けられる。
【００６５】
高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとをＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に交互に設け、排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向における配置位置を異なるようにすると共に、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとをＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に交互に設け、排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向における配置位置を異なるようにする。これにより、排ガス１１が本実施形態に係る気液接触装置を通過する際の排ガス１１の圧力損失を低減することができる。このため、ＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１を供給するのに要する送風機の動力を低減することができる。
【００６６】
本実施形態では、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとをＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けると共に、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとをＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は高負荷用壁面専用ノズル２６ＡをＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に連続して複数設けた後、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを設けるようにしてもよい。
【００６７】
よって、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に適用したＣＯ2回収装置１０によれば、ＣＯ2吸収塔１５に送給される排ガス１１の圧力損失を低減することができるため、ＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１を供給するのに要する動力を低減しつつ、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に対応させながら排ガス１１中のＣＯ2をＣＯ2吸収液１４中に更に効率良く安定して吸収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明に係る気液接触装置及びＣＯ2回収装置は、気体と液体とを気液接触させる際に、気体中に含まれる成分を液体中に効率良く吸収できるので、排ガス中のＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収塔に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ＣＯ2回収装置
１１ 排ガス
１２、４３、５６ 水
１３ 冷却塔
１４ ＣＯ2吸収液
１５ ＣＯ2吸収塔
１６ リッチ溶液
１７ 再生塔
１８、４５、４８、５３ 冷却水
１９ 煙道
２０ 供給口
２１Ａ、２１Ｂ 気液接触装置
２２ 噴霧ノズル
２３、２３ａ、２３ｂ 吸収液供給管
２４ ＣＯ2回収部
２５ 液分散ノズル
２５Ａ 高負荷用液分散ノズル
２５Ｂ 低負荷用液分散ノズル
２６ 壁面専用ノズル
２６ａ 短辺側壁面専用ノズル
２６ｂ 長辺側壁面専用ノズル
６２Ａ 高負荷用壁面専用ノズル
６２Ｂ 低負荷用壁面専用ノズル
２７ 壁面
２８、３２ ノズル本体
２９ 遮蔽板
３０、３４ ノズル孔
３１ 角部専用ノズル
３３ Ｌ字型遮蔽板
４１ ＣＯ2除去排ガス
４２ 水洗部
４３ デミスタ
４４ リッチソルベントポンプ
４５ リッチ・リーン溶液熱交換器
４６ リーンソルベントポンプ
４７ リーンソルベントクーラ
５１、５５ ＣＯ2ガス
５２ コンデンサ
５４ 分離ドラム
５７ 凝縮水循環ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液接触によって吸収や蒸留などを行う充填塔に処理液を供給する気液接触装置であり、特に排ガス中のＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収塔などの気液接触装置及びＣＯ2回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気液接触によって気体中に含まれる成分を液体中に吸収して吸収処理を行う充填槽を備える充填塔では、液体を塔内に均一に分散して供給することが重要である。この分散が、充填物の性能、即ち充填塔の処理性能に大きな影響を与えるため、液体を均一かつ高密度に分散させ、気体と接触させることは極めて重要である。
【０００３】
例えば、大量の化石燃料を使用する火力発電所などでは、ボイラにおいて化石燃料を燃焼させることで発生する排ガスを、ＣＯ2吸収塔内でアミン系のＣＯ2吸収液と気液接触させてＣＯ2吸収液中にＣＯ2を吸収させることで、排ガス中のＣＯ2を除去、回収する方法及び回収されたＣＯ2を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研究されている。ＣＯ2吸収液は排ガス中のＣＯ2をＣＯ2吸収塔で吸収し、排ガスからＣＯ2を除去した後、再生塔でＣＯ2吸収液に吸収されたＣＯ2を放散してＣＯ2吸収液を再生して再びＣＯ2吸収塔に循環して再利用する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ＣＯ2吸収塔のように気体である排ガスと液体であるＣＯ2吸収液とを接触させるガス吸収塔では、ガス吸収塔内での気体と液体との気液接触効率がガス吸収塔における気体の処理性能に大きく影響するため、ガス吸収塔内で液体を噴霧する際、気体と効率良く接触させる必要がある。ガス吸収塔内では、塔内の上方から液体を噴霧する液分散器が用いられ、ガス吸収塔内で液体を分散させる方法として、例えば、スプレー式液分散器（例えば、特許文献２、３参照）やトラフ式液分散器（例えば、非特許文献１参照）や、液体を互いに異なる量ずつ分配するチャンネル型液分散器やエレメント型液分散器やチューブラー型液分散器などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６２１６５号公報
【特許文献２】特開２００１−９２３７号公報
【特許文献３】特許第２５０６３５１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】恩田格三郎監修、「設計・操作シリーズＮｏ.２ 増補 ガス吸収」、化学工業社、平成１３年１月３０日、ｐ．１３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガス吸収塔内にスプレー式液分散器を使用する場合、ガス吸収塔内に複数のノズルを設け、液体の噴霧領域を重ね合わせてガス吸収塔内に液体を均一に分散させるようにしている。
【０００８】
しかしながら、塔内に供給される液体の分布はガス吸収塔の壁面近傍の方がガス吸収塔の内部に比べて低くなるため、塔内の壁面近傍では液体が気体に含まれる成分を吸収する吸収性能が低下する、という問題がある。
【０００９】
特に、ガス吸収塔がＣＯ2吸収塔の場合、排ガス中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収させる際、ＣＯ2吸収塔の壁面近傍では塔内部よりＣＯ2吸収液の供給量が低いためＣＯ2吸収塔の壁面近傍に噴霧されるＣＯ2吸収液がＣＯ2を吸収するガス吸収性能が低下する。また、ＣＯ2吸収塔の壁面に噴霧されるＣＯ2吸収液の液量が多いと、ＣＯ2吸収塔に供給されるＣＯ2吸収液量当たりのＣＯ2の吸収量が低下する。排ガス中に含まれるＣＯ2を吸収しなかったＣＯ2吸収液が再生塔に供給されると、ＣＯ2吸収液に含まれるアミンを無駄に消費し、ＣＯ2吸収液が効率良く利用されない上、再生塔でＣＯ2吸収液に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチーム量が増大することになるため、ＣＯ2回収装置の運転効率が低下する。
【００１０】
また、ガス吸収塔内にスプレー式液分散器を使用する場合、運転負荷に応じて流量を変化させることが可能であるが、流量は噴霧圧力に比例するため、低流量域から高流量域まで対応するためには、高流量域でのスプレーの噴霧圧力を高くする必要があり、スプレーの噴霧圧力が高いとミストの飛散量が増加する、という問題がある。特に、ガス吸収塔がＣＯ2吸収塔の場合、排ガス中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収させる際、ＣＯ２が回収された排ガスにＣＯ2吸収液が同伴するため，ＣＯ2回収装置の運転効率が低下する。
【００１１】
また、ガス吸収塔内にトラフ式液分散器を使用する場合、ガス処理量に応じた負荷運転を行なうためには，分散器の高さを高くする必要がある。そのため，分散器の材料費や製造費やガス吸収塔内への据付費用が高くなり、設備コストが増大する、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、塔内にほぼ均一に液体を分散させ、かつ、塔内の壁面に噴霧される液体の液量を減少させることにより、塔内に供給される気体と液体とを効率良く接触させることができると共に、コストを低減することができる気液接触装置及びＣＯ2回収装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、気体が上昇して通過する接触処理塔内に液体を下向きに噴霧させ、前記上昇する気体と前記液体とを接触させる気液接触装置であり、前記接触処理塔内の壁面に沿って設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する壁面専用ノズルと、前記接触処理塔内に前記壁面専用ノズルより内側に設けられ、前記接触処理塔内に前記液体を均一に噴霧する液分散ノズルとを含むことを特徴とする気液接触装置にある。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向の断面形状が角型である気液接触装置にある。
【００１５】
第３の発明は、第２の発明において、前記接触処理塔の断面の角部に設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する角部専用ノズルを含む気液接触装置にある。
【００１６】
第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記液分散ノズル及び壁面専用ノズルが、前記気体の流量に応じて使い分ける２種類以上のノズルを含む気液接触装置にある。
【００１７】
第５の発明は、第４の発明において、前記液分散ノズルが、高負荷用液分散ノズルと低負荷用液分散ノズルとからなると共に、前記壁面専用ノズルが、高負荷用壁面専用ノズルと低負荷用壁面専用ノズルとからなり、前記気体の流量が所定の閾値以上の場合、前記高負荷用液分散ノズル及び前記高負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧し、前記気体の流量が所定の閾値よりも小さい場合、前記低負荷用液分散ノズル及び前記低負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧する気液接触装置にある。
【００１８】
第６の発明は、第４又は５の発明において、前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルが交互に設けられる気液接触装置にある。
【００１９】
第７の発明は、第６の発明において、前記接触処理塔における前記気体の流れ方向に前記異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルの配置位置を異ならせて交互に配設される気液接触装置にある。
【００２０】
第８の発明は、第１乃至７の何れか１つの発明の気液接触装置の前記接触処理塔からなり、ＣＯ2を含む排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する再生塔と、を含むことを特徴とするＣＯ2回収装置にある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る気液接触装置によれば、塔内にほぼ均一に液体を分散させ、かつ、塔内の壁面に噴霧される液体の液量を減少させることにより、塔内に供給される気体と液体とを効率良く接触させることができると共に、コストを低減することができる。
【００２２】
これにより、ガス吸収塔がＣＯ2吸収塔の場合、排ガス中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液に吸収させる際、ＣＯ2吸収塔の壁面近傍までＣＯ2吸収液の供給量をほぼ均一にすることができるため、ＣＯ2吸収液がＣＯ2を吸収する吸収性能を向上させることができる。また、ＣＯ2吸収塔の壁面に噴霧されるＣＯ2吸収液の液量を軽減できるため、ＣＯ2吸収塔に供給されるＣＯ2吸収液量当たりのＣＯ2の吸収量を上昇させることができる。
【００２３】
排ガス中に含まれるＣＯ2を吸収しなかったＣＯ2吸収液が再生塔に供給されるのを軽減することで、ＣＯ2吸収液に含まれるアミンを無駄に消費することなく、ＣＯ2吸収液を効率良く利用することができると共に、再生塔でＣＯ2吸収液に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置の運転効率を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る気液接触装置を備えたＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。
【図２】図２は、噴霧ノズルの配置を簡略に示す図である。
【図３】図３は、噴霧ノズルから噴霧されるＣＯ2吸収液の噴霧状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は、壁面専用ノズルの断面形状を簡略に示す図である。
【図５】図５は、図４中のＡ−Ａ方向の図である。
【図６】図６は、ＣＯ2吸収塔の断面における図２中のＡ−Ａ方向のＣＯ2吸収液の水量の分布を模式的に示す図である。
【図７】図７は、噴霧ノズルの配置の他の構成を簡略に示す図である。
【図８】図８は、角部専用ノズル３１の断面形状を簡略に示す図である。
【図９】図９は、図８中のＡ−Ａ方向の図である。
【図１０】図１０は、噴霧ノズルの配置の他の構成を簡略に示す図である。
【図１１】図１１は、噴霧ノズルの配置の他の構成を簡略に示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。
【図１３】図１３は、流量と噴霧圧力との関係の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第３の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【００２６】
［第１の実施形態］
本発明による第１の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る気液接触装置を備えたＣＯ2回収装置の構成を簡略に示す図である。図１に示すように、ＣＯ2回収装置１０は、ＣＯ2を含有する排ガス１１を水１２によって冷却する冷却塔１３と、冷却された排ガス１１とＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液１４とを接触させて排ガス１１からＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔１５と、ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（リッチ溶液）１６からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液１４を再生する再生塔１７とを有する。
【００２７】
ＣＯ2回収装置１０では、ＣＯ2吸収液１４はＣＯ2吸収塔１５と再生塔１７との間を循環しており、ＣＯ2吸収塔１５から再生塔１７にはＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液（リッチ溶液）１６が送給され、再生塔１７からＣＯ2吸収塔１５にはリッチ溶液１６から再生塔１７でほぼ全てのＣＯ2が除去され再生されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１４が送給されている。
【００２８】
ボイラやガスタービン等の産業設備から排出されたＣＯ2を含有する排ガス１１は、排ガス送風機などにより昇圧された後、冷却塔１３に送られ、冷却塔１３内で水１２と向流接触することにより冷却される。排ガス１１と熱交換して高温となった水１２は冷却塔１３の底部から抜き出され、冷却水１８により冷却され、排ガス１１の冷却用として循環して使用される。冷却された排ガス１１は冷却塔１３とＣＯ2吸収塔１５とを連結する煙道１９より冷却塔１３から排出される。冷却塔１３から排出される排ガス１１は煙道１９を通り、ＣＯ2吸収塔１５の塔底部の側壁に設けられる供給口２０からＣＯ2吸収塔１５に送られる。
【００２９】
ＣＯ2吸収塔１５は、排ガス１１が上昇して通過するＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を下向きに噴霧させ、上昇する排ガス１１とＣＯ2吸収液１４とを接触させる気液接触装置２１Ａを有する。気液接触装置２１Ａは、ＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５内に噴霧する噴霧ノズル２２Ａと、ＣＯ2吸収液１４を各々の噴霧ノズル２２Ａに供給する吸収液供給管２３を有する。
【００３０】
ＣＯ2吸収塔１５において、排ガス１１はＣＯ2吸収塔１５の下部側に設けられたＣＯ2回収部２４において、例えば塩基性アミン化合物をベースとするＣＯ2吸収液１４と対向流接触し、排ガス１１中のＣＯ2は、ＣＯ2吸収液１４に吸収される。
【００３１】
図２は、噴霧ノズル２２Ａの配置を簡略に示す図であり、図３は、噴霧ノズル２２Ａから噴霧されるＣＯ2吸収液１４の噴霧状態を模式的に示す図である。図２、３に示すように、ＣＯ2吸収塔１５は、排ガス１１の流れ方向に対する断面形状を角型としている。これにより、ノズルの配置を変更することなく、一方向へ広げて液供給パイプの本数を増やすことで、処理ガス量を増加させることができ、スケールアップを容易に図ることができる。
【００３２】
噴霧ノズル２２Ａは、液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６とからなる。液分散ノズル２５は、ＣＯ2吸収塔１５内に壁面専用ノズル２６より内側に設けられている。壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収塔１５内の壁面２７の近傍に沿って設けられている。壁面２７の近傍とは、壁面２７に接することなく、壁面専用ノズル２６と壁面２７とが所定の間隔を有した状態をいう。液分散ノズル２５は、ＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を四型形状にほぼ均一に噴霧している（図２、３中、第１の噴霧領域Ａ）。また、液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の第１の噴霧領域Ａは、隣接する他の液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の第１の噴霧領域Ａの一部と重なるようにしている。液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量は、液分散ノズル２５から遠くなるほど小さくなるが、液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量が小さくなる領域は、隣接する他の液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４と重なるようにすることで、ＣＯ2吸収塔１５内におけるＣＯ2吸収液１４の水量をほぼ均一に保つようにしている。また、液分散ノズル２５から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の第１の噴霧領域Ａの形状は四型形状に限定されるものではなく、円形、楕円形状など他の形状となるようにしてもよい。
【００３３】
また、壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５の内側に向かって噴霧している。図４は、壁面専用ノズル２６の断面形状を簡略に示す図であり、図５は、図４中のＡ−Ａ方向の図である。図４、５に示すように、壁面専用ノズル２６は、ノズル本体２８と、遮蔽板２９とを有する。遮蔽板２９は、ノズル本体２８と一体にＣＯ2吸収塔１５の壁面２７側に延設されている。このため、壁面専用ノズル２６のノズル孔３０から噴霧されるＣＯ2吸収液１４は遮蔽板２９に衝突し、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７側に噴霧されるのを抑制しつつ、ＣＯ2吸収塔１５の内側に噴霧される（図２、３中、第２の噴霧領域Ｂ）。
【００３４】
従来、ＣＯ2吸収塔１５の内部ではスプレーから噴霧されるＣＯ2吸収液１４の重なる領域が多かったため、ＣＯ2吸収塔１５の壁面近傍では塔内部よりＣＯ2吸収液１４の供給量が低かった。そのため、排ガス１１中に含まれるＣＯ2をＣＯ2吸収液１４に吸収させる際、ＣＯ2吸収塔１５の壁面近傍に噴霧されるＣＯ2吸収液１４がＣＯ2を吸収するガス吸収性能は低下していた。また、ＣＯ2吸収塔１５の壁面に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量が多いと、ＣＯ2吸収塔１５に供給されるＣＯ2吸収液１４の液量当たりのＣＯ2の吸収量が低下し、ＣＯ2吸収液１４が効率良く利用されなかった。これに対し、本実施形態では、図２、３に示すように、ＣＯ2吸収塔１５内に液分散ノズル２５を設けることによりＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４をほぼ均一に噴霧させることができ、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に沿って壁面専用ノズル２６を設けることによりＣＯ2吸収塔１５の壁面２７にＣＯ2吸収液１４が接触するのを抑制することができる。このため、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７近傍までＣＯ2吸収塔１５内に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量をほぼ均一にして分散させることができる。
【００３５】
図６は、ＣＯ2吸収塔１５の断面における図２中のＡ−Ａ方向のＣＯ2吸収液１４の水量の分布を模式的に示す図である。図６に示すように、ＣＯ2吸収塔１５の内部では、水量密度は９０％以上１１０％以下の範囲にあり、水量密度は１００％の前後１０％の分布の範囲内に保つことができ、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７においても水量密度は９０％程度に保つことができる。ＣＯ2吸収塔１５内に供給されるＣＯ2吸収液１４の水量は、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の近傍までほぼ均一にすることができる。このため、排ガス１１がＣＯ2吸収液１４と接触することなくＣＯ2吸収塔１５を通過するのを抑制することができる。また、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に噴霧されるＣＯ2吸収塔１５の液量が低減されるので、排ガス１１中のＣＯ2を吸収せず、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されるＣＯ2吸収液１４の液量を減少することができる。
【００３６】
従って、ＣＯ2吸収塔１５内に液分散ノズル２５を設けることでＣＯ2吸収塔１５内にはＣＯ2吸収液１４をほぼ均一に分散させることができると共に、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に沿って壁面専用ノズル２６を設けることでＣＯ2吸収塔１５の壁面２７にＣＯ2吸収液１４が接触するのを抑制することができる。このため、ＣＯ2回収装置１０のサイズなどに影響されることなくＣＯ2吸収塔１５の壁面２７近傍までＣＯ2吸収塔１５内に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の水量をほぼ均一にして分散させることができる。
【００３７】
また、液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６には、吸収液供給管２３を介してＣＯ2吸収液１４を供給するようにしているため、トラフ式液分散器などを使用する場合に比べて、分散器の材料費や製造費やＣＯ2吸収塔１５内への据付費用などは低くなるため、気液接触装置の設備コストを軽減することができる。
【００３８】
液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６との各々のノズル孔同士の間隔は、各々のノズル孔の大きさや各々のノズル孔から噴霧されるＣＯ2吸収液１４の流量・噴霧範囲などにより相対的に異なる。液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６との各々のノズル孔同士の間隔は、例えば噴霧時に液分散ノズル２５と壁面専用ノズル２６とから噴霧されるＣＯ2吸収液１４同士で干渉が発生し、ＣＯ2吸収塔１５内に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量にムラが生じないようにすればよい。
【００３９】
噴霧ノズル２２Ａは、液分散ノズル２５と、壁面専用ノズル２６とからなるものを用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、噴霧ノズル２２Ａは、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の角部に角部専用ノズル３１を設けるようにしてもよい。図８は、角部専用ノズル３１の断面形状を簡略に示す図であり、図９は、図８中のＡ−Ａ方向の図である。図８、９に示すように、角部専用ノズル３１は、ノズル本体３２と、ノズル本体３２の長手方向における断面形状がＬ字型のＬ字型遮蔽板３３とを有する。Ｌ字型遮蔽板３３はノズル本体３２と一体にＣＯ2吸収塔１５の壁面２７側に延設されている。このため、角部専用ノズル３１のノズル孔３４から噴霧されるＣＯ2吸収液１４はＬ字型遮蔽板３３の両面に衝突し、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の角部側に噴霧されるのを抑制しつつ、ＣＯ2吸収塔１５の内側に噴霧される（図７中、第３の噴霧領域Ｃ）。よって、角部専用ノズル３１はＣＯ2吸収塔１５の内側にＣＯ2吸収液１４を噴霧するため、ＣＯ2吸収塔１５の断面の角部に角部専用ノズル３１から噴霧されるＣＯ2吸収液１４が分散するのを抑制することができる。このため、壁面２７の近傍までＣＯ2吸収液１４を均一に分散させつつ、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に接触するＣＯ2吸収塔１５の液量を更に低減することができる。よって、排ガス１１中のＣＯ2を吸収せず、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されるＣＯ2吸収液１４の液量を更に減少することができる。
【００４０】
壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収塔１５の短辺側と長辺側の壁面２７の近傍に同一のノズルを設けているが、本実施形態は、これに限定されるものではない。図１０、１１は、噴霧ノズル２２Ａの配置の他の構成を簡略に示す図である。図１０、１１に示すように、壁面専用ノズル２６は、ＣＯ2吸収塔１５の短辺側の壁面２７近傍に設けられる短辺側壁面専用ノズル２６ａと、長辺側の壁面２７近傍に設けられる長辺側壁面専用ノズル２６ｂとして各々異なる種類のノズルを設けるようにしてもよい。これにより、ＣＯ2吸収塔１５の短辺側と長辺側とに各々任意の割合としてＣＯ2吸収液１４を噴霧することができる。
【００４１】
ＣＯ2吸収塔１５に、本実施形態に係る気液接触装置２１Ａを適用した場合のＣＯ2回収率の結果を表１に示す。表１に示すように、壁面専用ノズル２６を配置せずに壁面に噴霧される液量を減少させた場合のＣＯ2吸収率を基準値（１．０）とした場合、壁面専用ノズル２６を配置することにより、ＣＯ2吸収率は約１．１となる。よって、本実施形態に係る気液接触装置２１ＡをＣＯ2吸収塔１５に適用することによりＣＯ2吸収率は大きくなるため、ＣＯ2吸収塔１５と再生塔１７を循環するＣＯ2吸収液１４の液量は少なくなり、再生塔１７でＣＯ2吸収液１４に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチーム量を減少することができる。
【００４２】
【表１】
【００４３】
ＣＯ2吸収塔１５は、排ガス１１の流れ方向に対する断面形状を角型としているが、ＣＯ2吸収塔１５の断面形状はこれに限定されるものではなく、円形や楕円形などにしてもよい。
【００４４】
また、それぞれのノズルの噴霧圧力は０．２ＭＰａ以下とし，好ましくは０．１５ＭＰａ以下、更に好ましくは０．１ＭＰａ以下とする。ノズル噴霧圧力を低くすることで，ポンプ消費動力を下げることができるとともに，ミスト飛散量を抑えることができる。
【００４５】
また、ＣＯ2吸収塔１５は、ＣＯ2回収部２４の上部側に水洗部４２及びデミスタ４３を有している。ＣＯ2が除去されたＣＯ2除去排ガス４１は、水洗部４２及びデミスタ４３にてＣＯ2除去排ガス４１に同伴されたＣＯ2吸収液１４が除去された後、塔頂部から系外へ放出される。また、ＣＯ2回収部２４において排ガス１１中のＣＯ2を吸収したリッチ溶液１６は、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留される。ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されたリッチ溶液１６は、吸収塔１５の塔底部から外部に設けられたリッチ溶液排出ポンプ４４により圧送され、リッチ・リーン溶液熱交換器４５において再生塔１７で再生されたＣＯ2吸収液１４と熱交換された後、再生塔１７の塔頂部から塔内に供給される。
【００４６】
再生塔１７は、リッチ溶液１６からＣＯ２を放出してリーン溶液１４として再生する。再生塔１７の塔頂部から再生塔１７の塔内に放出されたリッチ溶液１６は、吸熱により、大部分のＣＯ2を放出し、再生塔１７の塔底部に至る頃には、ほぼ全てのＣＯ2が除去されたＣＯ2吸収液（リーン溶液）１４となる。再生塔１７の底部に貯留されるリーン溶液１４はＣＯ2吸収液として、リーンソルベントポンプ４６により送給され、リーンソルベントクーラ４７で冷却水４８と熱交換して冷却された後、ＣＯ2吸収塔１５に送給される。一方、再生塔１７の塔頂部からは水蒸気を伴ったＣＯ2ガス５１が放出される。水蒸気を伴ったＣＯ2ガス５１は再生塔１７の塔頂部から導出され、コンデンサ５２で冷却水５３によりＣＯ2ガス５１に含まれる水蒸気が凝縮され、分離ドラム５４にて水が分離された後、ＣＯ2ガス５５は系外に放出されて回収される。また、分離ドラム５４にて分離された水５６は凝縮水循環ポンプ５７にて再生塔１７の上部に供給される。
【００４７】
このように、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に用いたＣＯ2回収装置１０によれば、ＣＯ2吸収塔１５内の壁面２７の近傍に沿って壁面専用ノズル２６を設け、壁面専用ノズル２６より内側に液分散ノズル２５を設けている。ＣＯ2吸収液１４を液分散ノズル２５及び壁面専用ノズル２６からＣＯ2吸収塔１５内に噴霧した際、塔内の壁面２７に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量を減少させると共に、ＣＯ2吸収塔１５内には壁面２７近傍までＣＯ2吸収液１４をほぼ均一に分散させ、塔内に供給される排ガス１１とＣＯ2吸収液１４とを効率良く接触させることができる。このため、ＣＯ2吸収液１４がＣＯ2を吸収する吸収性能を向上させることができ、排ガス１１がＣＯ2吸収液１４と接触することなくＣＯ2吸収塔１５を通過するのを抑制することができ、かつ、設備コストを軽減することができる。また、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に噴霧されるＣＯ2吸収液１４の液量を低減することができるため、ＣＯ2吸収塔１５に供給されるＣＯ2吸収液１４の液量当たりのＣＯ2の吸収量を上昇させることができる。これにより、排ガス１１中のＣＯ2を吸収せず、ＣＯ2吸収塔１５の底部に貯留されるＣＯ2吸収液１４が再生塔１７に供給されるのを軽減することで、ＣＯ2吸収液１４に含まれるアミンを無駄に消費することなく、ＣＯ2吸収液１４を効率良く利用することができる上、再生塔１７でＣＯ2吸収液１４に含まれるＣＯ2を放出するために要するスチームを無駄なく効率よく利用することができるため、ＣＯ2回収装置１０の運転効率を上昇させることができる。
【００４８】
従って、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に適用したＣＯ2回収装置１０は、ＣＯ2回収装置１０などの大きさに影響されることなく排ガス１１中のＣＯ2をＣＯ2吸収液１４中に効率良く安定して吸収することができる。
【００４９】
また、本実施形態に係る気液接触装置は、ＣＯ2回収装置１０のＣＯ2吸収塔１５に用いる場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、冷却塔１３などで用いるようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施形態に係る気液接触装置は、ＣＯ2回収装置１０に適用する場合に限定されるものではなく、例えば、排煙脱硫装置など液体を下向きに噴霧して気体と液体を接触させるために用いる噴霧ノズルを有する装置であれば好適に用いることができる。
【００５１】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。本実施形態においては、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様、第２の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔として用いている。本実施形態に係る気液接触装置を備えたＣＯ2回収装置の構成は、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様であるため、ＣＯ2回収装置の構成を示す図は省略し、ＣＯ2吸収塔の構成を示す図のみを用いて説明する。なお、図１のＣＯ2回収装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。図１２に示すように、本実施形態に係る気液接触装置２１Ｂの噴霧ノズル２２Ｂは、液分散ノズル２５及び壁面専用ノズル２６を、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に応じて使い分けられる２種類のノズルで構成している。この２種類のノズルは、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設けている。即ち、液分散ノズル２５は、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂとからなる。壁面専用ノズル２６は、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとからなる。高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとをＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設ける。また、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとをＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設ける。また、吸収液供給管２３ａは、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとにＣＯ2吸収液１４を供給し、吸収液供給管２３ｂは、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとにＣＯ2吸収液１４を供給する。
【００５３】
ＣＯ2吸収塔１５内に高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを設けると共に、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを設けることで、ＣＯ2吸収液１４を塔内の同一の高さから噴霧することができる。
【００５４】
気液接触装置２１Ｂは、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に応じて高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は低負荷用液分散ノズル２５Ｂを用い、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを用いる。これにより、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に応じてＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を適切な水量として供給することができる。
【００５５】
ＣＯ2回収装置１０の負荷運転は、ＣＯ2吸収塔１５内に供給される排ガス１１の流量を基準に判断することができる。排ガス１１の流量が所定の閾値以上の場合、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６ＡからＣＯ2吸収液１４を噴霧し、排ガス１１の流量が所定の閾値よりも小さい場合、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６ＢからＣＯ2吸収液１４を噴霧する。図１３は、流量と用いるノズルの噴霧圧力との関係の一例を示す図である。図１３中、所定の閾値は、５５％とする。図１３に示すように、排ガス１１の流量が所定の閾値（５５％）よりも小さい場合には、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを用い、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６ＢからＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を噴霧する。排ガス１１の流量が所定の閾値（５５％）以上の場合には、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを用い、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６ＡからＣＯ2吸収塔１５内にＣＯ2吸収液１４を噴霧する。
【００５６】
高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを設け、所定の閾値を境に高負荷用分散ノズル２５Ａ又は低負荷用分散ノズル２５Ｂを使い分けることにより、全負荷条件において噴霧圧力を小さくすることができる共に、均一に液を分散させることができるため、排ガス１１とＣＯ2吸収液１４とが向流接触することで生じるＣＯ2吸収液１４のミストが飛散する量を低減することができる。更に、排ガス１１の流量に応じてＣＯ2吸収塔１５内に供給されるＣＯ2吸収液１４の噴霧圧力を小さくすることで、ＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５内に供給するのに要するリーンソルベントポンプ４８などポンプ動力を低減することができる。
【００５７】
図１３では、高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は低負荷用液分散ノズル２５Ｂと、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとを使い分ける排ガス１１の流量の所定の閾値を、排ガス１１の流量が５５％の時を基準とした。また、図１３では、排ガス１１の流量の閾値として５５％の場合について説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、ＣＯ2回収装置１０やＣＯ2吸収塔１５の大きさ、運転状況に応じて適宜変更するようにしてもよい。
【００５８】
従って、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に適用したＣＯ2回収装置によれば、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に対応させつつＣＯ2吸収液１４をＣＯ2吸収塔１５内に供給することができるため、排ガス１１中のＣＯ2をＣＯ2吸収液１４中に更に効率良く安定して吸収することができる。
【００５９】
本実施形態では、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転をＣＯ2吸収塔１５内に供給される排ガス１１の流量に基づいて判断したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転は、ＣＯ2回収量や送風機の消費動力、ダンパの開度に基づいて判断するようにしてもよい。
【００６０】
本実施形態では、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び低負荷用液分散ノズル２５Ｂを、ＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に交互に設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、高負荷用液分散ノズル２５ＡをＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に連続して複数設けた後、低負荷用液分散ノズル２５Ｂを設けるようにしてもよい。
【００６１】
本実施形態では、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転が５５％の時には、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａを用いているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを用いてもよいし、高負荷用液分散ノズル２５Ａ及び高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂ及び低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとの両方を用いるようにしてもよい。
【００６２】
本実施形態では、高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は低負荷用液分散ノズル２５Ｂと、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとの２種類を用いているが、噴霧ノズル２２Ｂはこれに限定されるものではなく、噴霧ノズル２２Ｂを高負荷用、低負荷用の他に中負荷用など３種類以上用いるようにしてもよい。
【００６３】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る気液接触装置は、第２の実施形態に係る気液接触装置と同様、上述の図１に示すＣＯ2回収装置のＣＯ2吸収塔に用いている。本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔に適用したＣＯ2回収装置の構成は、上述の図１に示すＣＯ2回収装置の構成と同様であるため、ＣＯ2回収装置の構成を示す図は省略し、ＣＯ2吸収塔の一部の構成を示す図のみを用いて説明する。なお、図１のＣＯ2回収装置と同一の部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００６４】
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る気液接触装置の構成を簡略に示す図である。図１４に示すように、本実施形態に係る気液接触装置２１Ｃの噴霧ノズル２２Ｃは、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂとを、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けると共に、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとを、ＣＯ2吸収塔１５の壁面２７の近傍に排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けてなるものである。高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５Ｂとは、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に各々のノズルの配置位置を異ならせて交互に設けられる。また、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂとについても、ＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向に各々のノズルの配置位置を異ならせて交互に設けられる。
【００６５】
高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとをＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に交互に設け、排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向における配置位置を異なるようにすると共に、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとをＣＯ2吸収塔１５の排ガス１１のガス流れ方向に交互に設け、排ガス１１のガス流れ方向に対して直交する方向における配置位置を異なるようにする。これにより、排ガス１１が本実施形態に係る気液接触装置を通過する際の排ガス１１の圧力損失を低減することができる。このため、ＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１を供給するのに要する送風機の動力を低減することができる。
【００６６】
本実施形態では、高負荷用液分散ノズル２５Ａと低負荷用液分散ノズル２５ＢとをＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けると共に、高負荷用壁面専用ノズル２６Ａと低負荷用壁面専用ノズル２６ＢとをＣＯ2吸収塔１５の壁面２７に排ガス１１のガス流れ方向に交互に設けるようにしているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、高負荷用液分散ノズル２５Ａ又は高負荷用壁面専用ノズル２６ＡをＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１のガス流れ方向に連続して複数設けた後、低負荷用液分散ノズル２５Ｂ又は低負荷用壁面専用ノズル２６Ｂを設けるようにしてもよい。
【００６７】
よって、本実施形態に係る気液接触装置をＣＯ2吸収塔１５に適用したＣＯ2回収装置１０によれば、ＣＯ2吸収塔１５に送給される排ガス１１の圧力損失を低減することができるため、ＣＯ2吸収塔１５内に排ガス１１を供給するのに要する動力を低減しつつ、ＣＯ2回収装置１０の負荷運転に対応させながら排ガス１１中のＣＯ2をＣＯ2吸収液１４中に更に効率良く安定して吸収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明に係る気液接触装置及びＣＯ2回収装置は、気体と液体とを気液接触させる際に、気体中に含まれる成分を液体中に効率良く吸収できるので、排ガス中のＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収塔に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ＣＯ2回収装置
１１ 排ガス
１２、４３、５６ 水
１３ 冷却塔
１４ ＣＯ2吸収液
１５ ＣＯ2吸収塔
１６ リッチ溶液
１７ 再生塔
１８、４５、４８、５３ 冷却水
１９ 煙道
２０ 供給口
２１Ａ、２１Ｂ 気液接触装置
２２ 噴霧ノズル
２３、２３ａ、２３ｂ 吸収液供給管
２４ ＣＯ2回収部
２５ 液分散ノズル
２５Ａ 高負荷用液分散ノズル
２５Ｂ 低負荷用液分散ノズル
２６ 壁面専用ノズル
２６ａ 短辺側壁面専用ノズル
２６ｂ 長辺側壁面専用ノズル
６２Ａ 高負荷用壁面専用ノズル
６２Ｂ 低負荷用壁面専用ノズル
２７ 壁面
２８、３２ ノズル本体
２９ 遮蔽板
３０、３４ ノズル孔
３１ 角部専用ノズル
３３ Ｌ字型遮蔽板
４１ ＣＯ2除去排ガス
４２ 水洗部
４３ デミスタ
４４ リッチソルベントポンプ
４５ リッチ・リーン溶液熱交換器
４６ リーンソルベントポンプ
４７ リーンソルベントクーラ
５１、５５ ＣＯ2ガス
５２ コンデンサ
５４ 分離ドラム
５７ 凝縮水循環ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が上昇して通過する接触処理塔内に液体を下向きに噴霧させ、前記上昇する気体と前記液体とを接触させる気液接触装置であり、
前記接触処理塔内の壁面に沿って設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する壁面専用ノズルと、
前記接触処理塔内に前記壁面専用ノズルより内側に設けられ、前記接触処理塔内に前記液体を均一に噴霧する液分散ノズルとを含むことを特徴とする気液接触装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向の断面形状が角型である気液接触装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記接触処理塔の断面の角部に設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する角部専用ノズルを含む気液接触装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記液分散ノズル及び壁面専用ノズルが、前記気体の流量に応じて使い分ける２種類以上のノズルを含む気液接触装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記液分散ノズルが、高負荷用液分散ノズルと低負荷用液分散ノズルとからなると共に、前記壁面専用ノズルが、高負荷用壁面専用ノズルと低負荷用壁面専用ノズルとからなり、
前記気体の流量が所定の閾値以上の場合、前記高負荷用液分散ノズル及び前記高負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧し、前記気体の流量が所定の閾値よりも小さい場合、前記低負荷用液分散ノズル及び前記低負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧する気液接触装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向に異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルを交互に設ける気液接触装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に前記異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルが交互に設けられると共に、
前記異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルは、前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向に各々のノズルの配置位置を異ならせて交互に設けられる気液接触装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つの気液接触装置の前記接触処理塔からなり、ＣＯ2を含む排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、
ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する再生塔と、
を含むことを特徴とするＣＯ2回収装置。
【請求項１】
気体が上昇して通過する接触処理塔内に液体を下向きに噴霧させ、前記上昇する気体と前記液体とを接触させる気液接触装置であり、
前記接触処理塔内の壁面に沿って設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する壁面専用ノズルと、
前記接触処理塔内に前記壁面専用ノズルより内側に設けられ、前記接触処理塔内に前記液体を均一に噴霧する液分散ノズルとを含むことを特徴とする気液接触装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向の断面形状が角型である気液接触装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記接触処理塔の断面の角部に設けられ、前記液体を前記接触処理塔の内側に向かって噴霧する角部専用ノズルを含む気液接触装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記液分散ノズル及び壁面専用ノズルが、前記気体の流量に応じて使い分ける２種類以上のノズルを含む気液接触装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記液分散ノズルが、高負荷用液分散ノズルと低負荷用液分散ノズルとからなると共に、前記壁面専用ノズルが、高負荷用壁面専用ノズルと低負荷用壁面専用ノズルとからなり、
前記気体の流量が所定の閾値以上の場合、前記高負荷用液分散ノズル及び前記高負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧し、前記気体の流量が所定の閾値よりも小さい場合、前記低負荷用液分散ノズル及び前記低負荷用壁面専用ノズルから前記液体を噴霧する気液接触装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向に異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルを交互に設ける気液接触装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に前記異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルが交互に設けられると共に、
前記異なる種類の液分散ノズル及び壁面専用ノズルは、前記接触処理塔の前記気体の流れ方向に対して直交する方向に各々のノズルの配置位置を異ならせて交互に設けられる気液接触装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つの気液接触装置の前記接触処理塔からなり、ＣＯ2を含む排ガスとＣＯ2を吸収するＣＯ2吸収液とを接触させて前記排ガスからＣＯ2を除去するＣＯ2吸収塔と、
ＣＯ2を吸収したＣＯ2吸収液からＣＯ2を放出させてＣＯ2吸収液を再生する再生塔と、
を含むことを特徴とするＣＯ2回収装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−３０１６８（Ｐ２０１２−３０１６８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７１０６４（Ｐ２０１０−１７１０６４）
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１４２０２３）株式会社共立合金製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（０００１４２０２３）株式会社共立合金製作所 (24)
【Ｆターム（参考）】
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